ВИВЧЕННЯ ЗАКОНІВ ДИНАМІКИ НА МАШИНІ

Лабораторна робота 1

ВИВЧЕННЯ ЗАКОНІВ ДИНАМІКИ НА МАШИНІ

АТВУДА

1.1 Мета роботи

Визначити прискорення вільного падіння за допомогою законів поступального руху тіл.

1.2 Загальні положення

Для дослідження закону руху тіл у полі земного тяжіння використовується машина Атвуда. Її механічна система складається з двох вантажів однакової маси М, які підвішені до кінців невагомої і нерозтяжної нитки, що перекинута через блок з малою масою. Отже, система знаходиться в рівноважному стані. На правий вантаж помістимо перевантаження масою m. Напишемо рівняння руху обох вантажів (моментом сил тертя знехтуємо), користуючись рис. 1.1

Рис. 1.1

(М + m) g – T = (M + m) a, (1.1)

M g – T₂ = – M a. (1.2)

Оскільки нитка нерозтяжна, то прискорення вантажів рівні за абсолютною величиною і протилежні за напрямком. При невагомому блоці натяги нитки T₁ і T₂ рівні:

T₁ = T_2. (1.3)

З виразів (1.1), (1.2) і (1.3) одержимо

a =. (1.4)

Правий вантаж, рухаючись з прискоренням а, проходить першу частину шляху довжиною (див. рис 1.2)

S₁ = , (1.5)

де V – швидкість системи “вантаж+перевантаження” в кінцевій точці рівноприскореного руху. У точці Р перевантаження знімається з правого вантажу, який пройде з постійною швидкістю V другу частину шляху довжини

Рис.1.2

S =V t. (1.6)

Вирішуючи спільно рівняння (1.4),(1.5) і (1.6), одержимо вираз для прискорення вільного падіння:

g = . (1.7)

1.3 Опис установки

Будова машини Атвуда зображена на рис. 1.3. На верхній втулці 1 за допомогою диска закріплений вузол підшипника блоку, блок 2 і електромагніт. Через блок перекинута нитка з прив'язаними до її кінців вантажами 3 масою М. На вертикальній штанзі з поділками закріплені три кронштейни 4, з яких нижній нерухомий, а середній і верхній – рухомі.

Рис. 1.3

Електромагніт після підведення до нього напруги живлення за допомогою фрикційної муфти утримує блок з вантажами у стані спокою. Рухомі кронштейни можна переміщати вздовж стовпчика і фіксувати в будь-якому положенні, встановлюючи в такий спосіб довжину шляху рівноприскореного і рівномірного рухів. На верхньому кронштейні є риска для встановлення нижньої грані більшого вантажу в початкову точку руху. Середній кронштейн з фотоелектричним датчиком знімає під час руху з великого вантажу М насаджене на нього перевантаження масою m, а в цей час фотоелектричний датчик утворює електричний імпульс, що сигналізує початок рівномірного руху великих вантажів. Нижній кронштейн оснащено двома гумовими амортизаторами і фотоелектричним датчиком з оптичною віссю на рівні положення кронштейна. Після перетинання нижньою гранню вантажу утвориться електричний сигнал, що сповіщає про проходження вантажами визначеного шляху. На підставці приладу знаходиться секундомір, до якого підключено відповідні фотоелектричні датчики.

1.4 Обладнання:

Прилад Атвуда; комплект вантажів.

Порядок виконання роботи

2. Встановити потрібну довжину шляху S1 рівноприскореного руху. Для цього пересунути верхній кронштейн на задану висоту над середнім і установити… 3. Почепити на блок нитку з великими вантажами і перевірити, чи знаходиться… 4. На правий великий вантаж покласти перевантаження. При цьому сполучити нижню грань правого вантажу з рискою на…

Мета роботи

2.2 Загальні положення Удар твердих тіл – сукупність явищ, що виникають при зіткненні тіл. Проміжок… Якщо знаємо час зіткнення, можна зробити розрахунок сил, що виникають під час удару. Мірою механічної взаємодії тіл…

Опис установки

Рис. 2.1 На нижньому кронштейні 12 закріплені шкали 13 і електромагніт 14. Після відгвинчування болтів 15 і 16 електромагніт…

Порядок виконання роботи

2. Включити секундомір у мережу, натиснувши клавішу “Сеть”. 3. Віджати клавішу “Пуск” для фіксування правої кулі електромагнітом. Гвинтом… 4. Натиснути клавішу “Сброс”.

Лабораторна робота 3

ВИВЧЕННЯ ЗАКОНУ ОБЕРТАЛЬНОГО РУХУ ТВЕРДОГО TІЛA ЗА ДОПОМОГОЮ МАЯТНИКА ОБЕРБЕКА

Мета роботи

3.2 Загальні положення Обертальний рух твердого тіла характеризується вектором кутового прискорення,… . (3.1)

Опис установки

Рухомий кронштейн 4 можна переміщати вздовж колони і фіксувати його в будь-якому положенні, визначаючи у такий спосіб довжину шляху спуску вантажів… Якщо ниткам дати можливість розмотуватися під дією вантажу 11, то хрестовина… . (3.7)

Порядок виконання роботи

2. Встановити потрібну висоту падіння вантажу H (значення величини H задається викладачем). З. Залежно від того, на якому зі шківів намотується нитка, вибрати відповідне… 4. Закріпити вантажі mo на однаковій від осі маятника відстані li (крок виміру li задає викладач).

Лабораторна робота 4

ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛІПСОЇДА ІНЕРЦІЇ TBEPДИХ ТІЛ ЗА ДОПОМОГОЮ КРУТИЛЬНИХ КОЛИВАНЬ

Мета роботи

4.2 Загальні положення Моментом інерції матеріальної точки відносно осі z називається добуток маси… .

Опис установки

Рис. 4.4 Конструкція рамки 7 дозволяє закріплювати досліджувані тіла 8 різних розмірів. Тіла кріпляться за допомогою рухомої…

Обладнання

Маятник крутильних коливань з рамкою для закріплення досліджуваного тіла, універсальний електронний секундомір; досліджувані тіла; лінійка і штангенциркуль; мікрокалькулятор.

Порядок виконання роботи

2. Визначити масу m тіла і за формулою (4.1) обчислити момент інерції тіла відносно осі Oz Iz. 3. Натиснувши клавішу „СЕТЬ”, включити живлячу напругу. На цифрових… 4. Натиснути клавішу „СБРОС”, що підготує секундомір до виміру.

Лабораторна робота 5

ВИЗНАЧЕННЯ ШВИДКОСТІ ПОЛЬОТУ СНАРЯДА ЗА ДОПОМОГОЮ ОБЕРТАЛЬНОГО БАЛІСТИЧНОГО МАЯТНИКА

Мета роботи

5.2 Загальні положення Для визначення лінійної швидкості кулі або снаряду можна використовувати… Використовуючи закон збереження момента імпульсу, нехтуючи моментом інерції снаряду відносно осі обертання маятника,…

Опис установки

Цей прилад призначений для визначення швидкості снаряду. Спочатку снаряд накладається на стріляючий пристрій. Обертальний маятник установлюють на… Рис. 5.1

Обладнання

Обертальний балістичний маятник з універсальним секундоміром, штангенциркуль; аналітичні терези; мікрокалькулятор.

Порядок виконання роботи

2. На аналітичних терезах визначити масу m трьох кульок-снарядів. 3. Натиснувши клавішу „СЕТЬ”, включити живлячу напругу. На цифрових… 4.Установити маятник в такому положенні, щоб риска на мисочці 11 збігалася з нульовою поділкою шкали 14.

Лабораторна робота 6

ВИЗНАЧЕННЯ МОМЕНТІВ ІНЕРЦІЇ КІЛЕЦЬ ЗА ДОПОМОГОЮ МАЯТНИКА МАКСВЕЛА

Мета роботи

6.2 Загальні положення Моментом інерції матеріальної точки відносно осі z називається добуток маси… .

Опис установки

На рис. 6.2 зображена використовувана в даній роботі установка. Вона складається зі штанги з лінійкою 1, на якій кріпиться пристрій для фіксації маятника 2, самого маятника Максвела 3 та пристрою для відліку часу падіння маятника 4. У звичайному стані маятник Максвела з намотаними на стержень нитками закріплений у верхній точці за допомогою електромагніта. Пуск маятника здійснюється шляхом його звільнення за допомогою спеціального електронного пристрою, зв'язаного з цифровим секундоміром. Секундомір фіксує час падіння маятника.

Рис. 6.2

Обладнання

Маятник Максвела; установка з пристроєм для пуску маятника і реєстрації часу його падіння; набір металевих кілець.

Порядок виконання роботи

2. Виміряти за допомогою штангенциркуля радіус r стержня маятника Максвела. 3. Взяти у викладача три значення шляху руху маятника h. Записати значення m0,… 4. Намотуючи нитки, підняти маятник Максвела на першу задану висоту h и зафіксувати його за допомогою фіксуючого…

Лабораторна робота 7

ВИВЧЕННЯ ВИМУШЕНИХ КОЛИВАНЬ І КОЛИВАНЬ СИСТЕМИ ДВОХ ЗВ'ЯЗАНИХ МАЯТНИКІВ

Мета роботи

7.2 Загальні положення Математичний маятник – коливальна система, що складається з тіла маси m,… , (7.1)

Опис установки

Лабораторна установка складається з двох маятників, підвішених на колону 1 (див. рис. 7.3). Маятники складаються з стержнів 2 і вантажів 3, положення яких на стержнях можна змінювати. Маятники сполучені один з одним за допомогою двох пружин 4, закріплених у спеціальній обоймі, що переміщаються в здовж стержня маятника. Збурення коливань здійснюється за допомогою приводного диску 5, закріпленого на валу електродвигуна. До нижнього кронштейна прикріплена кутова шкала 6, за допомогою якої визначається амплітуда коливань маятників. Фотоелектричний датчик 7 служить для визначення часу і числа коливань. На індикаторах 8 і 9 висвічується число періодів і час відповідно. Регулятор 10 служить для зміни частоти зовнішньої сили.

Рис. 7.3

Обладнання

Лабораторна установка, набір вантажів з різними масами для маятників.

Порядок виконання роботи

2. Виставити необхідну відстань l вантажу 3 від осі обертання математичного маятника. Набір значень l взяти у викладача. 3. Натиснувши кнопку "Сеть", включити установку. 4. Натиснувши кнопку "Сброс".

Лабораторна робота 8

ВИЗНАЧЕННЯ ПРИСКОРЕННЯ СИЛИ ТЯЖІННЯ ЗА ДОПОМОГОЮ МАТЕМАТИЧНОГО І ФІЗИЧНОГО МАЯТНИКІВ

Мета роботи

8.2 Загальні положення Математичним маятником називається матеріальна точка, підвішена нерозтяжній і… ,

Опис установки

Будова установки показано на рис. 4.2. На оснащеній ніжками 1 підставці 2 маятника крутильних коливань закріплений електронний секундомір 3 і стійка 4, на якій установлені два кронштейни 5. До верхнього кронштейна підвішений через нитку математичний маятник 6. На нижньому кронштейні міститься фотоелектричний датчик 7, який підраховує коливання фізичного маятника 8. Опорою для фізичного маятника 8 є верхній кронштейн 5. На маятнику 8 у будь-якому положенні гвинтами фіксуються вантажі 9, 11 і опорні призми 10, 13, положення яких відновно фізичного маятника, а також довжина нитки математичного маятника контролюються за допомогою шкали 12, що нанесена на стійку 4.

Обладнання

Установка для виміру прискорення сили тяжіння за допомогою математичного і фізичного маятників.

Порядок виконання роботи

Завдання 1

2. Натиснути клавішу „СЕТЬ”, включити живлячу напругу. На цифрових індикаторах з’являться цифри "0". 3. Натиснути клавішу „СБРОС”, що підготує секундомір до виміру.

Завдання 2

2. Натиснути клавішу „СЕТЬ”, включити живлячу напругу. На цифрових індикаторах з’являться цифри "0". 3. Маятник установити на кронштейн 5 призмою 13 (рис. 8.2). 4. Натиснути клавішу „СБРОС”, що підготує секундомір до виміру, і злегка відхилити нижній кінець маятника від…

Лабораторна робота 9

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕРТЯ КОЧЕННЯ ЗА ДОПОМОГОЮ ПОХИЛОГО МАЯТНИКА

Мета роботи

9.2 Загальні положення Для дослідження тертя кочення в даній роботі використовується метод похилого… Виникнення тертя кочення обумовлено деформаціями кульки і площини; при цьому виникають як пружна, так і пластична…

Опис установки

Прилад "Похилий маятник FPM – 07"[2] схематично зображений на рис. 9.2.

До основи 2, оснащеної чотирма ніжками з регульованою висотою, прикріплено секундомір 1 і трубу 3, на якій змонтовано корпус 4 з черв'ячною передачею. На кронштейні 5 кріпляться шкали 6 і 7, стовпчик 8. До стовпчика підвішена на нитці шпилька з кулею 9. У кронштейн 5 по напрямних вкладаються зразки 10. Для нахилу маятника використовується вороток 11. До кронштейна 5 пригвинчений фотоелектричний датчик 12. Кулю заміняють відгвинчуванням від шпильки і нагвинчуванням нової.

Рис. 9.2

Обладнання

Прилад “Похилий маятник FPM – 07”; три комплекти змінних зразків і кульок з різних матеріалів (сталь, алюміній і ін.).

Порядок виконання роботи

2. Натиснути кнопку "Сеть" і переконатися y тому, що індикатори вимірника висвічують цифру ”0” і засвітилася лампочка фотоелектричного… 3. Обертаючи гвинт на верхньому кронштейні, установити довжину маятника так,… 4. Стовпчик 8 (рис. 9.2) нахилити на кут β. Значення кута β задаються викладачем.